đồ án tốt nghiệp báo cáo nghiên cứu khả thi cầu măng thí

Dựa vào các kết quả khoan thăm dò, thí nghiệm hiện trờng, có thể phân chia địa tầngkhu vực dự kiến xây dựng cầu Măng Thít thành các lớp đất từ trên xuống nh sau: Lớp 1 : Bùn sét pha cát,

Trang 1

Cầu bắc qua sông Măng Thít, là một tuyến đờng thuỷ chính ở khu vực Nam Bộ Cấphạng đờng thuỷ của sông đợc Bộ GTVT xác định là sông cấp I Lu thông đờng thuỷ diễn ra

Trang 2

quanh năm với mật độ cao và nhiều phơng tiện thuỷ có tải trọng lớn

I.2 Đặc điểm điều kiện tự nhiên

I.2.1 địa hình

Địa hình khu vực cầu mang đặc trng của ĐBSCL: hai bờ sông là khu dân c và vờn cây

ăn quả Bề mặt địa hình thờng bị phân cắt bởi hệ thống các kênh rạch tự nhiên và kênh mơngthuỷ lợi Sông Măng Thít có lòng sông tại khu vực đầu cầu tơng đối thoải, độ dốc hớng ra h-ớng sông khoảng 10%, tại khu vực giữa sông độ dốc này khoảng 20% Lòng sông rộng vàthoáng, tàu thuyền lu thông qua công trình thờng xuyên

I.2.2 khí tợng - thủy văn

Chế độ thuỷ văn của sông Măng Thít là chế độ bán nhật triều, chịu ảnh hởng của triềucờng biển Đông Mức nớc cao xuất hiện vào mùa ma trong khoảng từ tháng 4 đến tháng 11,trong đó mức nớc cao nhất xuất hiện vào khoảng tháng 8 đến tháng 10 Mức nớc thấp xuấthiện vào mùa khô trong những tháng còn lại trong năm, trong đó mức nớc thấp nhất xuất hiệnvào khoảng tháng 1 đến tháng 2 Dới đây là một số số liệu thu nhập trong quá trình khảo sát:

- Mức nớc cao nhất tần suất 1% :+3.0m;

- Mức nớc thông thuyền tần suất 5% :+2.1m;

- Mức nớc thấp nhất tần suất 99% :-2.5m;

- Biên độ triều trung bình trong ngày : 2.0m;

- Lu tốc mặt lớn nhất : 2.5m/s;

- Lu tốc mặt trung bình : 1.8m/s;

- Hệ cao độ : lấy theo hệ cao độ giả định

Lòng, bờ sông hai bên hiện khá ổn định, không có hiện tợng xói lở, dịch chuyển bờ

I 2.3 Điều kiện địa chất

Dựa vào các kết quả khoan thăm dò, thí nghiệm hiện trờng, có thể phân chia địa tầngkhu vực dự kiến xây dựng cầu Măng Thít thành các lớp đất từ trên xuống nh sau:

Lớp 1 : Bùn sét pha cát, màu xám đen, xám xanh lẫn tàn tích hữu cơ có trạng tháichảy Bề dày lớp từ 12m [lỗ khoan 2(LK2)] đến 19m (LK4) (Độ sệt B= 0.8)

Lớp 2 : Bùn sét màu xám đen, xám xanh, trạng thái dẻo chảy Bề dày lớp từ 10m(LK7) đến 22m (LK5) (Độ sệt B= 0.5)

Lớp 3 : Sét pha cát, xám đen, xám xanh trạng thái dẻo cứng Bề dày lớp từ 14m(LK5) đến 20m (LK2) (Độ sệt B= 0.4)

Lớp 4 : Sét, trạng thái cứng, kết cấu chặt, xuất hiện ở độ sâu khoảng 54m (Độ sệtB=0.4)

I.2.4 nhận xét và kiến nghị

Từ số liệu địa chất đã khảo sát đợc (trình bày ở trên), có thể rút ra một số nhận xét nh

Thầy hớng dẫn: T.S Nguyễn Văn Mợi SVTH: Vũ Văn Tiền

2

Trang 3

Địa tầng khu vực có cấu trúc khá đơn giản, bao gồm các thành tạo có nguồn gốctrầm tích sông và sông biển, trong đó: lớp 1, lớp 2 là lớp đất yếu Lớp 3 có sức chịu tảitrung bình Lớp sét số 4 có sức chịu tải khá cao nhng nằm tại độ sâu khá lớn nên kiếnnghị sử dụng giải pháp móng cọc với công nghệ cọc khoan nhồi BTCT cho móng trụ,

mố trong đó mũi cọc đặt trong tầng sét (lớp số 4)

Lu thông đờng thuỷ diễn ra quanh năm với mật độ cao và nhiều phơng tiện thuỷ có tảitrọng lớn Vì vậy khi tiến hành thi công các hạng mục dới nớc cần phải đặc biệt lu ý đến biệnpháp đảm bảo an toàn và tránh gây ách tắc giao thông đờng thủy

Có thể thực hiện thi công quanh năm, riêng trong khoảng thời từ tháng 8 đến tháng 10cần hạn chế thi công các công việc của phần móng ngập dới nớc do lũ lớn, ma to kéo dài.Với lớp đất bề mặt lòng sông bùn sét, việc thi công kết cấu phụ trợ dùng cho kết cấungập dới nớc nh: thùng chụp hoặc khung vây cọc ván thép, đổ bê tông bịt đáy sẽ phức tạphơn

Chơng 2 thiết kế các phơng án cầu II.1 tiêu chuẩn kỹ thuật và qui mô

 Qui trình thiết kế:

Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272-01 Bộ GTVT

Tiêu chuẩn thiết kế đờng ô tô TCVN 4054-98

Tiêu chuẩn thiết kế áo đờng mềm 22TCN 211-95

Quy trình khảo sát đờng ô tô 22TCN 263-2000

 Khổ cầu: K8 + 2 x 1.5m

 Khổ thông thuyền (sông cấp I):

Chiều cao thông thuyền: 10m, chiều rộng thông thuyền: 80m Độ dốc dọc tối

đa trên cầu imax = 4%

 Bán kính đờng cong bằng Rmin =250m, bán kính đờng cong đứng Rmin

lồi=4000m

II.2 Đánh giá các điều kiện địa phơng:

Phân tích các điều kiện địa phơng, ta thấy có một số nhận xét sau:

Về địa chất: lớp đất tốt nằm khá sâu (trên 50m), nên loại móng cọc khoan nhồi sẽ là sựlựa chọn hợp lý

3

Trang 4

Về thuỷ văn: mực nớc thi công là khá sâu (13-21m); do đó móng trụ dới nớc sẽ dùngloại đài cao để thuận tiện cho công tác thi công và đảm bảo tính kinh tế Do mực nớc sâu nhvậy nên cũng cần sử dụng các nhịp lớn để vợt sông, tránh phải làm nhiều trụ dới nớc.

Khổ thông thuyền rộng B = 80m (sông cấp I) Do vậy, dự kiến phần cầu qua sông sẽphải chọn những loại kết cấu có khả năng vợt nhịp lớn nh cầu liên tục, cầu dây văng, cầu giànthép, Còn đối với phần cầu trên cạn điều kiện thi công tơng đối thuận lợi, không có yêu cầu

về tĩnh không dới cầu, dự kiến sẽ chọn kết cấu nhịp đơn giản, BTCT lắp ghép và bán lắp ghép

II.3 lập phơng án kết cấu cầu

II.3.1 nguyên tắc lập phơng án kết cấu cầu:

Để lập các phơng án kết cấu, cần dựa vào những điều kiện cơ bản sau:

 Phù hợp với loại kết cấu nhịp, chiều dài nhịp

 Chiều cao đất đắp trên mố

II.3.2 Các phơng án kết cấu cầu:

II.3.2.1 Phơng án 1:cầu liên tục

(Khối lợng của phơng án đợc tính trong phần phụ lục)

 Cầu đợc xây dựng vĩnh cửu bằng BTCT và BTCT DƯL

 Sơ đồ cầu 2x40m + 80m + 3x130m + 80m + 2x40m, chiều dài toàn cầu

Lc=720,5m Tổng bề rộng cầu B=12,4m (mép ngoài lan can)

a - Phần cầu chính :

 Kết cấu: cầu dầm liên tục BTCT DƯL (80+3x130+80)m

 Dầm chủ: tiết diện hình hộp, chiều cao tại trụ 7.0m, tại giữa nhịp 3.5m, thi côngtheo phơng pháp đúc hẫng cân bằng

4

Trang 5

 Trụ cầu: dùng kết cấu trụ đặc bằng bê tông cốt thép, hai đầu hình bán nguyệt.

 Móng trụ: dùng móng cọc khoan nhồi đờng kính 1.5m

Mặt cắt ngang phần cầu liên tục:

Mặt cắt ngang phần cầu dẫn:

5

Trang 6

b -Phần cầu dẫn:

 Kết cấu: dầm giản đơn SuperT, L=40m, bằng BTCT DƯL căng trớc

 Mặt cắt ngang gồm 6 dầm chủ chiều cao không đổi là 1.75m, khoảng cách các dầm là 2.04m

 Mố : dùng mố chữ U, bằng BTCT đổ tại chỗ

 Trụ cầu dẫn: trụ đặc bằng BTCT, hai đầu hình bán nguyệt, xà mũ có tai che phần chuyển tiếp giữa các nhịp trên trụ

 Móng mố, trụ cầu dẫn: dùng móng cọc khoan nhồi, đờng kính 1m

II.3.2.2 Phơng án 2:cầu dây văng

(Khối lợng của phơng án đợc tính trong phần phụ lục)

 Cầu đợc xây dựng vĩnh cửu bằng BTCT và BTCT DƯL

 Sơ đồ cầu 3x40+117+240+117+3x40m , chiều dài toàn cầu Lc = 724.6 m

 Tổng bề rộng cầu B=13.6m (mép ngoài lan can)

a - Phần cầu chính :

 Kết cấu: là loại cầu dây văng 3 nhịp (117+240+117)m

 Dầm chủ: bằng BTCT kiểu hai phiến dầm dọc biên Chiều cao dầm 1.6m (tại mép ngoài), bản mặt cầu dày 0.22m, khoảng cách giữa các dầm ngang là 6.5m Dầm chủ đợc thi công đúc hẫng từ tháp ra và hợp long tại giữa nhịp giữa

Tiết diện: diện tích tiết diện dầm chủ cần thoả mãn điều kiện:

R: là cờng độ tính toán của vật liệu dầm chủ = 2400(T/m2)

k : là hệ số kể đến ảnh hởng mômen uốn và ảnh hởng uốn dọc

Diện tích tiết diện 1 nhánh dầm là: 3.03m2

Trang 7

 Tháp cầu: do khổ cầu khá nhỏ (8+2x1.5m) làm cho kết cấu có độ ổn định khí

động kém nên dùng tháp dạng chữ A, có u điểm là độ cứng tháp theo phơngngang lớn, mặt phẳng dây xiên tăng ổn định cho kết cấu nhịp khi chịu tải trọngngang cầu

Trang 8

ThÇy híng dÉn: T.S NguyÔn V¨n Mîi SVTH: Vò V¨n TiÒn

8

Trang 9

Diện tích tối thiểu của tháp có thể xác định theo công thức:

1 1

2 2 1 1

1

2 1

sin4

42

2sin5

.0

22

2

l x

R

xl P l

l x p g l

R

l P

l l

l l p g

g , p :Tĩnh tải và hoạt tải (tải trọng làn) tác dụng đều trên một giàn dây

l1 , l2 : Chiều dài nhịp biên và chiều dài nhịp chính l1 = 117m, l2 = 240m

Rt :Cờng độ vật liệu làm tháp, Bê tông mác 400 có Rtt = 190kG/cm2

α : Góc nghiêng của chân tháp so với phơng ngang, α = 90o

 : Hệ số phân phối ngang của xe thiết kế đối với đah gối dầm tại tháp

P :Tải trọng xe thiết kế, thay 3 trục xe bằng 1 lực P gần đúng nh sau:

Vẽ đah cho phản lực tại gối trên tháp sau đó xếp xe tính đợc:

P=(35+145)x0.9642+145x1=318.56 (KN)Thay 3 trục xe bằng lực P có giá trị P=318.56 (KN) nh hình vẽ:

Hình 3.1: Sơ đồ tính áp lực V tai tháp:

Tĩnh tải:

Trọng lợng bản thân của hệ dầm mặt cầu:DC1

n b dc

g   

Diện tích tiết diện dầm (dầm chủ+bản) : 6.06m2

m KN m

T / 145 44 / 544

14 4 2

* 06 6

487 1 5 6

T/ 18 354 / 8354

1 1.4 0.07x2.3x1

Tải trọng dải phân cách giữa lòng đờng với phần neo dây:DC2

m KN m

T / 6 25 / 625

0 5 2x0.125x2.

8

2 5

.

0

l

l l g x

Trang 10

3884 0 5319 0 6276 0 7711 0

n w

ht

l

l l PL W

8

2 ).

.

(

1

2 2 1

240 117 2 ).

3 5 1 1 3 4785 3

Trang 11

Tổ hợp nội lực theo trạng thái giới hạn cờng độ I:

) 75 1 5

1 25

1 ( 05

1

ht t

lp t

lc t

dc t

0

4 37296 sin

5

P A

 Móng tháp: dùng móng cọc khoan nhồi đờng kính 2m

 Hệ dây văng dùng các tao song song đờng kính 15.2mm Cáp văng đợc mạ vàbọc nhựa để chống gỉ Các tao cáp đợc đặt trong ống HDPE bảo vệ Khoảngcách điển hình giữa các cáp văng tại vị trí mặt cầu là 6.5 m

Diện tích các dây văng đợc tính sơ bộ theo công thức sau:

Fi : diện tích tiết diện dây thứ i

Si : Lực dọc tính toán do tĩnh tải và hoạt tải trong dây văng

R : Cờng độ tính toán của cáp làm dây văng

R = 0.45*Rtc =0.45*1860=837 Mpa = 8.37(T/cm2)

Rtc : Cờng độ giới hạn của vật liệu làm dây văng(1860Mpa)

Lực dọc trong dây văng thoải nhất (dây ở giữa nhịp):

   

g g d d p g

S

 sin 2

Trang 12

p= 3.2(T/m)

d, dg : chiều dài 2 khoang dầm kề dây thoải nhất(6.5m và 6.0m)

g : góc ngiêng của dây văng thoải nhất(25o)

Lực dọc trong các dây còn lại trong phạm vi nhịp:

sin max



Riêng dây neo là dây ở hai đầu cầu làm việc bất lợi nhất khi hoạt tải đứng kín nhịp giữa,

do đó nội lực trong dây neo xác định theo công thức :

i h i t

S S

S

0 0

0

cos

i h i

S

0 0

0

cos



Sih: nội lực do hoạt tải trong các dây tính từ dây thứ j đến dây thứ k (j, k là dây đầu vàdây cuối nhịp chính tính từ tháp cầu ra giữa sông)

i - Góc nghiêng dây thứ i (thay đổi từ j đến k )

o - Góc nghiêng dây neo o =26o

Số tao cáp cho mỗi dây :

tao

i i F

F

n 

Ftao=1.37(cm2) : là diện tích một tao đờng kính 15.2mm (7 sợi ỉ5)

12

t i i h

i S S

S  

p q

S q

i



Trang 13

Kết quả tính và chọn tiết diện cho các dây văng:

Phần tính cho dây neo

0cos

cos



i

h i

Dùng kết cấu nhịp đơn giản dầm Super-T giống nh phơng án 1

II.2.2.3 Phơng án 3(cầu giàn thép 7 nhịp đơn giản)

(Khối lợng của phơng án đợc tính trong phụ lục1)

• Cầu đợc xây dựng vĩnh cửu bằng thép

Sơ đồ cầu: 7x100 (m), chiều dài toàn cầu Lc=710.6m

Tổng bề rộng cầu: B=13.4m (mép ngoài lan can)

Trang 14

Dựa vào điều kiện địa chất của khu vực (lớp đất tốt nằm ở sâu), quyết định chọn móngcọc khoan nhồi cho tất cả các mố trụ của cầu Với mố, trụ phần nhịp dẫn, dùng cọc D=1m; trụphần nhịp liên tục, dùng cọc D=1.5m.

II.4.1.1 Xác định sức chịu tải của cọc

m1=0.85: hệ số điều kiện làm việc, do cọc đợc nhồi bêtông theo phơng đứng

m2 : hệ số điều kiện làm việc kể đến biện pháp thi công m2 = 0,7

Fb : Diện tích tiết diện cọc (m2)

Rb : Cờng độ chịu nén của bêtông cọc

Ra : Cờng độ của thép chịu lực

II.4.1.4 Sức chịu tải của cọc theo đất nền

 Số liệu địa chất:

Lớp 1 : Bùn sét pha cát, màu xám đen, xám xanh lẫn tàn tích hữu cơ có trạng tháichảy Bề dày lớp từ 12m (lỗ khoan 2) đến 19m (lỗ khoan 4) (Độ sệt B= 0.8)

Lớp 4 : Sét, trạng thái cứng, kết cấu chặt, xuất hiện ở độ sâu khoảng 54m (Độ sệtB= 0.4)

Sức chịu tải của cọc khoan nhồi tính theo công thức:

14

Trang 15

P =k m (RiFb + U mfi Li)

Trong đó:

- P: sức chịu tải của cọc theo nền đất (T)

- k =0.7: hệ số đồng nhất của đất

- m =1: hệ số điều kiện làm việc

- U: Chu vi tiết diện ngang cọc (m)

- mf: hệ số điều kiện làm việc của cọc, phụ thuộc vào phơng pháp tạo lỗ khoan và thâncọc Với cọc nhồi đầm rung có đóng ống vách và địa chất đã cho mf = 0.6

- i : Cờng độ tính toán của lớp đất thứ i theo mặt xung quanh cọc, tra bảng theo chiềusâu trung bình ( hi ) của lớp đất i (Bảng 6-7 tài liệu tham khảo 8)

- Li : Chiều dày của lớp đất thứ i tiếp xúc với cọc (m)

- Ri - Cờng độ chịu tải của đất dới mũi cọc

Sức chịu tải theo nền đất của cọc tại mố M0 (cọc D=1m, L=51m) đợc tính nh bảng sau:hi

Tơng tự nh vậy, ta sẽ tính sức chịu tải theo nền đất của cọc tại trụ T4, và dùng kết quảnày cho tất cả các cọc có đờng kính 1.5m

Sức chịu tải theo nền đất của cọc tại trụ T4 (cọc D=1.5m, L= 77.5m) đợc tính nh bảngsau:

Trang 16

II.4.1.5 Tính tải trọng thẳng đứng tác dụng lên móng:

Trọng lợng mố (trụ): tính trực tiếp từ khối lợng bê tông làm mố trụ đã có ở phầnphụ lục tính khối lợng vật liệu Pmố - trụ

Tải trọng truyền từ kết cấu nhịp xuống: tính qua áp lực thẳng đứng tác dụng lêngối cầu, gồm có:

 Tĩnh tải 1 (g1): trọng lợng dầm, bản mặt cầu

Trọng lợng 2 xe đúc: 2x80=160(T)

Trọng lợng thi công rải đều 0.075(T/m2) =0.075x11.4=0.855(T/m)

 Tĩnh tải 2 (g2): trọng lợng lớp phủ mặt cầu, lan can

 Hoạt tải: HL93 + ngời đi

Về nguyên tắc, để tính áp lực lớn nhất lên gối cầu, ta cần thực hiện các bớc sau:

 Vẽ đờng ảnh hởng (đah) của áp lực đó

 Tính giá trị áp lực do tĩnh tải: Ptt = g.

(g là giá trị phân bố đều của tĩnh tải,  là diện tích đah tơng ứng)

 Tính giá trị áp lực do hoạt tải: xếp hoạt tải ở vị trí bất lợi nhất rồi nhângiá trị của hoạt tải với tung độ đah tơng ứng

Tuy nhiên, do sơ đồ kết cấu có phần siêu tĩnh (phần cầu liên tục), nên trong đồ án ta sẽtính áp lực lớn nhất lên gối bằng chơng trình phân tích kết cấu Sap 2000 Các bớc vẽ đah, xếptải và tính áp lực đợc chơng trình tự động tính toán Ta chỉ cần lấy kết quả cuối cùng để đavào tính cho móng mố(trụ) cầu

Khi tính áp lực lên gối cầu, đối với phần nhịp đơn giản, sơ đồ cầu khi thi công và khaithác là giống nhau Còn đối với phần cầu thi công đúc hẫng thì các sơ đồ này là khác nhau

Do vậy, mỗi loại tải trọng cần đợc đặt lên sơ đồ kết cấu tơng ứng:

- Trên sơ đồ hẫng, tĩnh tải 1 - phần đúc hẫng (g1*) - truyền toàn bộ lên trụ tơng ứng,trọng lợng 2 xe đúc, tải trọng thi công rải đều 0.855(T/m)

- Trên sơ đồ hoàn chỉnh: tải trọng gồm có tĩnh tải 1 phần thi công trên giàn giáo và các

đốt hợp long(g1**) , tĩnh tải 2 (g2) và hoạt tải

Giá trị của các tải trọng tính đợc nh sau:

 Tĩnh tải 1: g1 = A.BTCT ( A-m2 là diện tích tiết diện ngang; BTCT = 2.5 T/m3)

Trang 17

 Hoạt tải:

 Ngời đi: png = T Bng = 0.3 x (2 x 1.5) = 0.9 T/m

T = 0.3 T/m2 : tải trọng ngời phân bố đều

Bng (m): bề rộng đờng ngời đi

Trang 18

B¶ng t¶i träng tiªu chuÈn t¸c dông lªn c¸c mãng mè trô:

(m3)

P mè-trô (T) P(g1*)(T) P(g1**)(T) P (g1)(T) P(g2)(T) Pht(T)

Trang 19

- P(T): tải trọng thẳng đứng tác dụng lên móng mố, trụ đã tính ở trên.

Dựa vào điều kiện địa chất của khu vực (lớp đất tốt nằm ở sâu), quyết định chọn móng

19

Trang 20

cọc khoan nhồi cho tất cả các mố trụ của cầu Với mố, trụ phần nhịp dẫn, dùng cọc D=1m;với trụ tháp, dùng cọc D=2m.

II.4.2.1 Xác định sức chịu tải của cọc